(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１無線通信装置へ送信する変調シンボルをプリコーディングする際に加算される該第１無線通信装置ごとに設定される付加信号の絶対値の上限値を該各第１無線通信装置に関連付けて保存している第１保存手段と、
前記第１無線通信装置ごとに前記上限値の範囲内で前記付加信号の値を決定し、該値を使用して前記変調シンボルをプリコーディングして送信信号を得る符号化手段と、
前記送信信号を前記複数の第１無線通信装置にマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を使用して送信する第１送信手段と、を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記第１無線通信装置ごとに、該第１無線通信装置からの接続要求フレームを受信する際に該第１無線通信装置に対応する前記上限値を受信する第１受信手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記第１無線通信装置ごとに、該第１無線通信装置からのハンドオーバーを要求するフレーム内に含まれる前記上限値を受信する第２受信手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記第１無線通信装置ごとに、該第１無線通信装置からの接続要求フレームを受信した後に、該接続要求フレームとは異なるフレームで前記上限値を受信する第３受信手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記第１無線通信装置ごとに、該第１無線通信装置からのハンドオーバーを要求するフレームを受信した後に、該フレームとは異なるフレームで前記上限値を受信する第４受信手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項６】
変調方式、符号化方式、符号化率、通信可能なストリーム数、フレーム長の上限フレーム値、通信可能な周波数帯域幅の少なくとも１つと前記上限値とを含む通信パラメータが異なる複数のクラスをクラス値と関連付けて設定する設定手段と、
前記第１無線通信装置ごとに対応するクラス値を格納していて、前記第１無線通信装置ごとに、該第１無線通信装置から該第１無線通信装置に対応するクラス値を受信する第５受信手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記第５受信手段は、前記第１無線通信装置ごとに、該第１無線通信装置からの接続要求フレームを受信する際に該第１無線通信装置に対応する前記クラス値を受信することを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記第５受信手段は、前記第１無線通信装置ごとに、該第１無線通信装置からのハンドオーバーを要求するフレーム内に含まれる前記クラス値を受信することを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記第５受信手段は、前記第１無線通信装置ごとに、該第１無線通信装置からの接続要求フレームを受信した後に、該接続要求フレームとは異なるフレームで該第１無線通信装置に対応する前記クラス値を受信することを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記第５受信手段は、前記第１無線通信装置ごとに、該第１無線通信装置からのハンドオーバーを要求するフレームを受信した後に、該フレームとは異なるフレームで前記クラス値を受信することを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
前記符号化手段は、前記上限値が小さい順に前記付加信号の値を決定することを特徴とすることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
プリコーディングされる際に加算される付加信号の絶対値の上限値であって受信可能な信号点の範囲を規定する上限値を保存している第２保存手段と、
マルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を使用して複数の第１無線通信装置に信号を送信する第２無線通信装置に、該信号が送信される前に前記上限値を送信する第２送信手段と、を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項１３】
前記第２無線通信装置から、該第２無線通信装置とは異なりかつ複数の第３無線通信装置に信号を送信する第４無線通信装置にハンドオーバーする場合に、前記上限値を前記第４無線通信装置に送信する第３送信手段をさらに具備することを特徴とする請求項１２に記載の無線通信装置。
【請求項１４】
前記第４無線通信装置は、変調方式、符号化方式、符号化率、通信可能なストリーム数、フレーム長の上限フレーム値、通信可能な周波数帯域幅の少なくとも１つと前記上限値とを含む通信パラメータが異なる複数のクラスをクラス値と関連付けて格納していて、
複数の前記クラス値のうち、自無線通信装置に対応するクラス値を格納している格納手段と、
前記第２無線通信装置から、該第２無線通信装置とは異なりかつ複数の第３無線通信装置に信号を送信する第４無線通信装置にハンドオーバーする場合に、前記格納手段が格納しているクラス値を前記第４無線通信装置に送信する第４送信手段をさらに具備することを特徴とする請求項１３に記載の無線通信装置。
【請求項１５】
複数の第１無線通信装置と第２無線通信装置を含む無線通信システムであって、
前記第１無線通信装置はそれぞれ、
前記第２無線通信装置が前記複数の第１無線通信装置へ送信する変調シンボルをプリコーディングする際に加算される付加信号の絶対値の上限値であって受信可能な信号点の範囲を規定する上限値を保存している第２保存手段と、
マルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を使用して複数の第１無線通信装置に信号を送信する第２無線通信装置に、該信号が送信される前に前記上限値を送信する第２送信手段と、を具備し、
前記第２無線通信装置は、
前記第１無線通信装置ごとに対応する前記上限値を受信する第１受信手段と、
前記受信手段が受信した複数の上限値を第１無線通信装置ごとに関連付けて保存している第１保存手段と、
前記第１無線通信装置ごとに前記上限値の範囲内で前記付加信号の値を決定し該値を使用して前記変調シンボルをプリコーディングして送信信号を得る符号化手段と、
前記送信信号を前記複数の第１無線通信装置にマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を使用して送信する第１送信手段と、を具備することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１６】
複数の第１無線通信装置へ送信する変調シンボルをプリコーディングする際に加算される該第１無線通信装置ごとに設定される付加信号の絶対値の上限値を該各第１無線通信装置に関連付けて保存している第１保存手段を用意し、
前記第１無線通信装置ごとに前記上限値の範囲内で前記付加信号の値を決定し該値を使用して前記変調シンボルをプリコーディングして送信信号を得、
前記送信信号を前記複数の第１無線通信装置にマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を使用して送信することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１７】
コンピュータを、
複数の第１無線通信装置へ送信する変調シンボルをプリコーディングする際に加算される該第１無線通信装置ごとに設定される付加信号の絶対値の上限値を該各第１無線通信装置に関連付けて保存している第１保存手段と、
前記第１無線通信装置ごとに前記上限値の範囲内で前記付加信号の値を決定し該値を使用して前記変調シンボルをプリコーディングして送信信号を得る符号化手段と、
前記送信信号を前記複数の第１無線通信装置にマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を使用して送信する第１送信手段として機能させるための無線通信プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリコーディングを適用したマルチユーザＭＩＭＯ伝送を使用する無線通信装置、システム、方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の通信路容量を増加させる技術として、送信装置および受信装置のそれぞれが複数のアンテナおよび複数の無線機を用いて送受信を行う、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送方式が知られている。
【０００３】
ＭＩＭＯ伝送では送受信装置のアンテナおよび無線機の数に応じて通信路容量を増加できるが、携帯用の小型端末などでは端末のサイズや消費電力の問題から搭載できるアンテナや無線機の数に制限がある。よって、無尽蔵に通信路容量を増加させることはできず、装置構成上の制限で通信路容量も制限されてしまう。
【０００４】
一方、マルチユーザＭＩＭＯやＳＤＭＡ（Spatial Division Multiple Access）と呼ばれる、複数の無線装置と同一周波数を用いて同時に通信を行う伝送方式が知られている。マルチユーザＭＩＭＯでは同時に通信を行っている無線装置のアンテナや無線機によって仮想的に多数のアンテナおよび無線機を用いたＭＩＭＯチャネルが構成されていることと等価になるため、個々の無線装置のアンテナ数や無線機の数が制限されている場合でも大きな通信路容量が得られる。
【０００５】
基地局やアクセスポイントから各無線通信端末への下り回線にマルチユーザＭＩＭＯを適用する際の複数の無線装置の多重方式は、大別してビームフォーミングのみで多重化を行う方式とビームフォーミングにプリコーディングを併用させる方式の二通りが挙げられる。ビームフォーミングのみで多重化を行う方式として、指向性の異なる複数のセクタアンテナを用いて空間を分割し、各セクタアンテナでそれぞれ異なる無線通信端末と通信を行う方式や、アダプティブアレーを用いて適応的に無線通信端末ごとにビームを形成し、複数のビームで多重化を行う方式が挙げられる。ビームフォーミングのみで多重化を行う方式は、異なる無線通信端末の信号を同一時刻・同一周波数で送信する以外、シングルユーザのＭＩＭＯ伝送方式による送信手法に大差無く、受信方式にいたってはシングルユーザＭＩＭＯ伝送と同一の受信方式で通信が行えるため、簡易にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を実現できる。しかし、ビームフォーミングのみで多重化を行う方式は無線通信端末間の伝搬路の相関の影響を強く受けてしまい、各無線通信端末が近接している場合等、相関が高い場合は著しく特性が劣化する問題がある。それに対しプリコーディングを併用する手法は変調シンボルに応じたコーディングを適用するため（例えば非特許文献１、非特許文献２参照）、送信時の演算負荷は増加するものの端末間の伝搬路の相関の影響を受けづらく、ビームフォーミングのみで多重化を行う方式に比べ多重化による通信路容量増加の効果をより高く得られる。
【非特許文献１】R. F. H. Fischer, C. Windpassinger, A. Lamper, and J. B. Huber, “MIMO precoding for decentralized receivers,” In proc. ISIT 2002, Lausanne, Switzerland, June 2002.
【非特許文献２】B. M Hochwald, C. B. Peel, and A. Lee Swindlehurst, “A vector perturbation technique for near-capacity multiantenna multiuser communication - part II: perturbation,” IEEE Trans. Commun. vol. 53, no. 3, pp. 537-544, March 2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記非特許文献１のTomlinson-Harashim precodingや上記非特許文献２のvector perturbationをプリコーディング方式として適用すると、受信装置はプリコーディングによって付加された信号の影響で受信する信号の信号点の位置がシフトしてしまう場合がある。このため、受信装置のデジタル信号処理部はプリコーディングを用いない従来の受信装置に比べ広いダイナミックレンジが要求され、装置の肥大化や消費電力の増加が問題となる。
【０００７】
このように従来の無線通信装置においては、装置の肥大化や消費電力の増加が問題となる。また、システムスループットの増加や待ち時間の削減、送信信号のクレストファクターの低減、一定のスループット以上で通信可能な場所率の向上（不感地帯の削減）が課題となっている。
【０００８】
この発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、過度な装置規模や消費電力を要求することなく通信路容量を増加させることができる無線通信装置、システム、方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するため、本発明の無線通信装置は、複数の第１無線通信装置へ送信する変調シンボルをプリコーディングする際に付加される該第１無線通信装置ごとに設定される付加信号の絶対値の上限値を該各第１無線通信装置に関連付けて保存している第１保存手段と、前記第１無線通信装置ごとに前記上限値の範囲内で前記付加信号の値を決定し該値を使用して前記変調シンボルをプリコーディングして送信信号を得る符号化手段と、前記送信信号を前記複数の第１無線通信装置にマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を使用して送信する第１送信手段と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明の無線通信装置は、プリコーディングされる際に付加される付加信号の絶対値の上限値であって受信可能な信号点の範囲を規定する上限値を保存している第２保存手段と、マルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を使用して複数の第１無線通信装置に信号を送信する第２無線通信装置に、該信号が送信される前に前記上限値を送信する第２送信手段と、を具備することを特徴とする。
【００１１】
本発明の無線通信システムは、複数の第１無線通信装置と第２無線通信装置を含む無線通信システムであって、
前記第１無線通信装置はそれぞれ、前記第２無線通信装置が前記複数の第１無線通信装置へ送信する変調シンボルをプリコーディングする際に付加される付加信号の絶対値の上限値であって受信可能な信号点の範囲を規定する上限値を保存している第２保存手段と、マルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を使用して複数の第１無線通信装置に信号を送信する第２無線通信装置に、該信号が送信される前に前記上限値を送信する第２送信手段と、を具備し、
前記第２無線通信装置は、前記第１無線通信装置ごとに対応する前記上限値を受信する第１受信手段と、前記受信手段が受信した複数の上限値を第１無線通信装置ごとに関連付けて保存している第１保存手段と、前記第１無線通信装置ごとに前記上限値の範囲内で前記付加信号の値を決定し該値を使用して前記変調シンボルをプリコーディングして送信信号を得る符号化手段と、前記送信信号を前記複数の第１無線通信装置にマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を使用して送信する第１送信手段と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の無線通信装置、システム、方法およびプログラムによれば、過度な装置規模や消費電力を要求することなく通信路容量を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る無線通信装置、システム、方法およびプログラムについて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。なお、無線通信装置は無線通信端末または基地局を示す。  
無線通信端末は一般に電源が投入された時、無線通信システムが特定の周波数チャネルのみを利用するシステムの場合、この周波数チャネルにおいて基地局やアクセスポイント等、既に通信を行っている無線通信装置が送信する報知信号やビーコンと呼ばれる信号を受信する。また、複数の周波数チャネルを利用可能なシステムの場合は各周波数チャネルを探索し、通信が行われている周波数チャネルを見つけた後、同様にこの周波数チャネルで送信される報知信号やビーコンを受信する。
【００１４】
以上のようにして通信相手を認識した後、接続要求フレームを送信して接続を確立する。本発明では、この際に、無線通信端末は自身が受信可能なプリコーディングで付加される信号の絶対値の上限値を通信相手（例えば基地局やアクセスポイント）に通知する。なお、プリコーディングやここで通知する絶対値の上限値については後ほどマルチユーザＭＩＭＯのプリコーディングについて説明する際に詳細に説明する。
【００１５】
また、この絶対値の上限値を通知するのは接続要求フレームと同一のフレームで送信しても構わないし、接続要求フレームを送信して接続を確立した後、異なるフレームで通知しても構わない。プリコーディングが適用されたマルチユーザＭＩＭＯの信号が送信される前であればいつ通知しても構わない。
【００１６】
次に、マルチユーザＭＩＭＯ伝送を用いて基地局から複数の無線通信端末へ信号を送信する場合について図１を参照して説明する。図１に示すように、基地局１０１は無線通信端末１０２，１０３ごとに異なるビームを形成してそれぞれ信号を送信する。すなわち基地局１０１は、無線通信端末１０２には端末１向けのビーム１０４を形成し、無線通信端末１０３には端末２向けのビーム１０５を形成する。  
なお、図１では各無線通信端末に１ビームのみを形成し、無線通信端末ごとに一つの信号のみを送信する場合を例に示したが、各無線通信端末への信号多重数を１に制限するものではない。各無線通信端末に複数の異なるビームを割り当て、各ビームで異なる信号を多重して送信しても構わない。
【００１７】
（第１の実施形態）  
本実施形態の送信装置について第２図を参照して説明する。第２図の送信装置は例えば基地局１０１に含まれる。
【００１８】
基地局１０１は、上限値保存部２０１、プリコーディング部２０２、ビームフォーミング部２０３、アナログ部１〜４ ２０４、アンテナ２０５（図２の例では４本）を含む。以下、それぞれの装置部分について説明する。
【００１９】
プリコーディング部２０２は、各無線通信端末へ送信する変調シンボルを受け取りプリコーディングしてプリコーディングされた送信信号（多重信号）をビームフォーミング部２０３へ渡す。多重信号は、ｋ番目の無線通信端末宛のｄ番目の多重信号としてｘｋ，ｄ（ｔ）と示される。第２図の場合には、無線通信端末１ １０２への変調シンボルｓ１，１（ｔ）、ｓ１，２（ｔ）と無線通信端末２ １０３への変調シンボルｓ２，１（ｔ）、ｓ２，２（ｔ）を受け取りプリコーディングして多重信号ｘ１，１（ｔ）、ｘ１，２（ｔ）、ｘ１，１（ｔ）、ｘ１，２（ｔ）をビームフォーミング部２０３へ渡す。プリコーディング部２０２の動作の詳細は後に式（５）等を参照して説明する。
【００２０】
ビームフォーミング部２０３は、各無線通信端末への多重信号ｘｋ，ｄ（ｔ）を入力して送信ウエイトベクトルｖｋ，ｄを乗算して各アンテナ２０５に対応する送信信号（ｙ１（ｔ）〜ｙ４（ｔ））を各アンテナ２０５に対応するアナログ部１〜４ ２０４に渡す。アナログ部１〜４ ２０４は、送信信号（ｙ１（ｔ）〜ｙ４（ｔ））送信処理を施しアンテナ２０５から信号を送信する。
【００２１】
ビームフォーミング部２０３がアナログ部１〜４ ２０４に渡す送信信号について詳細に説明する。ｋ番目の無線通信端末宛のｄ番目の多重信号をｘｋ，ｄとし、ｘｋ，ｄを送信する際に各送信アンテナに乗算する送信ウエイトベクトルをｖｋ，ｄとおくと、マルチユーザＭＩＭＯにおいて基地局が送信する信号は次の式（１）のように表せる。
【数１】
0005231871.tif 000002
【００２２】
ただし、ＫはマルチユーザＭＩＭＯで同時に通信を行う無線通信端末の数、Ｄｋはｋ番目の無線通信端末に多重送信するストリームの数を表す。また、プリコーディングが適用されない場合、ｘｋ，ｄ（ｔ）は変調シンボルｓｋ，ｄ（ｔ）と等しくなる。
【数２】
0005231871.tif 000003
【００２３】
なお、全送信ウエイトベクトルが一次独立な組み合わせであればいかなる手法で送信ウエイトベクトルを用いても構わない。
【００２４】
送信ウエイトベクトルの一例として、所望の無線通信端末以外の無線通信端末への信号にヌルを形成するBlock Diagonalと呼ばれる方式が挙げられる。基地局のｊ番目のアンテナとｎ番目の無線通信端末のｉ番目のアンテナ間の伝搬路応答をｉ行ｊ列の要素とする伝搬路行列Ｈｎを用いて、Block Diagonal方式では次式を満たすウエイトベクトルをｋ番目の無線通信端末の送信ウエイトベクトルとして用いる。
【数３】
0005231871.tif 000004
【００２５】
ただし、Ｍｎはｎ番目の無線通信端末のアンテナ数を表している。
【００２６】
よって、次式に示す所望の無線通信端末以外の全無線通信端末の伝搬路行列を結合した伝搬路応答のカーネル空間のベクトルが送信ウエイトベクトルとなる。
【数４】
0005231871.tif 000005
【００２７】
ただし、Ｔは行列の転置を表す。
【００２８】
なお、ここで送信ウエイトベクトルは全ての送信ウエイトベクトルのノルムが一定になるように規格化し、送信電力を一定にそろえても構わないし、各無線通信端末への送信電力が一定となるように各無線通信端末のストリームの数に応じて規格化を行っても構わないし、送信ウエイトベクトルごとに異なるノルムに設定し、送信電力制御を適用しても構わない。
【００２９】
次に、以上のウエイトを用いて各無線通信端末に信号を送信する際の実施形態におけるプリコーディング方式について説明する。  
式（１）に示した送信信号の電力は各送信ウエイトベクトルが相互に直交する場合を除き、変調シンボルに依存し、変調シンボルごとに一定の値とはならない。そこで、送信電力が最小になるように変調シンボルに応じて信号を付加する。本発明ではこのように変調シンボルに応じて信号に操作を加えることをプリコーディングと呼ぶ。プリコーディング適用後のｋ番目宛の無線通信端末のｄ番目のストリームの送信信号は次式で表される。
【数５】
0005231871.tif 000006
【００３０】
ただし、ｌｋ，ｄ（ｒ）（ｔ）とｌｋ，ｄ（ｉ）（ｔ）は整数値であり、ｊは虚数単位（ｊ２＝−１）を表す。また、τは第３図に示したτｍｉｎよりも大きな実数値であり、予め送信装置と受信装置間で既知である必要がある。第３図は変調シンボルの一例として１６ＱＡＭの変調点を示しているが、τの値は変調方式ごとに異なる値に設定しても、同一の値に設定しても構わない。予め設定された値であり、送信装置（基地局１０１）と受信装置（無線通信端末１ １０２、無線通信端末２ １０３）間で既知であり、変調方式ごとに定まるτｍｉｎよりも大きな値であればいかなる値でも構わない。
【００３１】
基地局１０１は次式で表される送信信号の電力ｐが最小になるようにｌｋ，ｄ（ｒ）（ｔ）とｌｋ，ｄ（ｉ）（ｔ）をプリコーディング部２０２で決定する。
【数６】
0005231871.tif 000007
【００３２】
第４図にｌｋ，ｄ（ｒ）（ｔ） ＝ １、ｌｋ，ｄ（ｉ）（ｔ） ＝ １の場合のプリコーディング後の送信信号を示す。このように、プリコーディングを適用することにより変調信号点はτ、ｌｋ，ｄ（ｒ）（ｔ）、ｌｋ，ｄ（ｉ）（ｔ）に応じてシフトした位置を中心とした信号点に変更される。  
プリコーディング部２０２は、式（６）、式（７）、式（８）にしたがって、送信電力を最小にするように、無線通信端末ごと、多重信号ごとにｌｋ，ｄ（ｒ）（ｔ）、ｌｋ，ｄ（ｉ）（ｔ）の大きさを求める。
【００３３】
この場合、従来の技術（例えば上記非特許文献１や上記非特許文献２）ではｌｋ，ｄ（ｒ）（ｔ）やｌｋ，ｄ（ｉ）（ｔ）の絶対値に制限を設けずにｐが最小になる値を求めていたが、実施形態では前述したように無線通信端末ごとにｌｋ，ｄ（ｒ）（ｔ）、ｌｋ，ｄ（ｉ）（ｔ）の絶対値の上限値を制限して、この制限の基で送信電力ｐを最小にするｌｋ，ｄ（ｒ）（ｔ）、ｌｋ，ｄ（ｉ）（ｔ）を決定する。ここで、ｋ番目の無線通信端末のｌｋ，ｄ（ｒ）（ｔ）、ｌｋ，ｄ（ｉ）（ｔ）の絶対値の上限値をＬｋとおくと、ｌｋ，ｄ（ｒ）（ｔ）、ｌｋ，ｄ（ｉ）（ｔ）の探索範囲は次式で示される。
【数７】
0005231871.tif 000008
【００３４】
このＬｋは、基地局１０１が無線通信端末から接続要求を受けると共に受信する。すなわち、無線通信端末ごとに、Ｌｋを設定して基地局１０１に通知する。そしてプリコーディング部２０２は、無線通信端末ごとにＬｋを設定して、送信時にこのＬｋを使用してプリコーディングを行う。
【００３５】
しかし、これらに限らず例えば無線通信端末が基地局１０１に無線通信端末の許容される消費電力を通知してもよい。この場合には、基地局１０１が無線通信端末の許容される消費電力に応じてＬｋを決定する。基地局１０１は、無線通信端末が許容される消費電力が大きいほどＬｋを大きく設定する。また、無線通信端末が基地局１０１に無線通信端末が要求する通信品質を通知してもよい。基地局１０１は無線通信端末が要求する通信品質に応じてＬｋを決定する。基地局１０１は、無線通信端末が要求する通信品質が高いほどＬｋを大きく設定する。さらに、無線通信端末が基地局１０１に受信性能を通知してもよい。基地局１０１は無線通信端末の受信性能に応じてＬｋを決定する。基地局１０１は、無線通信端末の受信性能が高いほどＬｋを大きく設定する。これらの消費電力、通信品質、受信性能のすべてを無線通信端末が基地局１０１に通知し、基地局１０１がこれらすべての要素に応じてＬｋを設定してもよい。また、無線通信装置が消費電力、通信品質、受信性能と同時にＬｋも送信し、基地局１０１は無線通信端末の指示をそのまま使用せず無線通信端末が通知したＬｋの有効性を消費電力、通信品質、受信性能によって判定して最終的なＬｋを設定してもよい。このＬｋの設定は上限値保存部２０１が行う。
【００３６】
このようにＬｋの上限値を設定することの効果については、後ほど受信処理を説明する際に詳細に述べる。上限値保存部２０１はこれらＬｋの値を保存する。
【００３７】
以上のようにしてプリコーディングが適用された結果、式（１）に示した送信信号は次式のように書き表される。
【数８】
0005231871.tif 000009
【００３８】
一方、その他のプリコーディング方式としてTomlinson Harashima Precoding方式（以下ＴＨＰ方式）を適用してもよい。ＴＨＰ方式では一般に、ｋ番目の無線通信端末へ送信する信号が１番目からｋ−１番目の無線通信端末に受信されないように、次式を満たすように送信ウエイトベクトルが決定される。
【数９】
0005231871.tif 000010
【００３９】
この方式では、ｋ番目の無線通信端末へ信号を送信するための送信ウエイトベクトルはｋ＋１番目以降の無線通信端末への干渉を考慮せずに決定するため、ｋ番目の無線通信端末へ送信する信号はｋ＋１番目以降の無線通信端末に干渉してしまう。同様に、１番目〜ｋ−１番目の無線通信端末に送信された信号はｋ番目の無線通信端末に干渉信号として受信されるため、ｋ番目の無線通信端末の受信信号は次式で表される。
【数１０】
0005231871.tif 000011
【００４０】
式（１２）において右辺第２項がｋ番目の無線通信端末にとって干渉信号となるが、当該信号は同一の基地局から送信される信号なので、基地局はどのような干渉が生じるか予め推測することができる。よって、ｋ番目の無線通信端末への送信信号に変調シンボルだけでなく、受信時に干渉が相殺されるような信号を付加することによって、各無線通信端末に干渉が発生しないようにすることができる。ｋ番目の無線通信端末における干渉を相殺するための信号を求めるために、ｋ番目の無線通信端末へのｄ番目のストリームのための送信ウエイトベクトルをｄ番目の列ベクトルとする送信ウエイト行列Ｖｋ、およびｋ番目の無線通信端末へのｄ番目のストリームの変調シンボルをｄ番目の要素とする送信信号ベクトルｓｋ（ｔ）を用いて式（１２）を改めて次式のように表す。
【数１１】
0005231871.tif 000012
【００４１】
ｋ番目の無線通信端末の受信信号において干渉信号が相殺されるようにｄ番目のストリームに付加される信号をｂｋ，ｄ（ｔ）とおき、をｂｋ，ｄ（ｔ）をｄ番目の要素とする干渉除去信号ベクトルをｂｋ（ｔ）とおくと、ｋ番目の無線通信端末の受信信号は次式のように表される。
【数１２】
0005231871.tif 000013
【００４２】
ただし、ｋ−１番目の無線通信端末についても同様に干渉除去信号が付加されているものとした。
【００４３】
式（１４）において、ｂｋ（ｔ）はｋ番目の無線通信端末における干渉信号を除去することを目的として付加されているため、受信信号が次式で表されるような信号を付加する必要がある。
【数１３】
0005231871.tif 000014
【００４４】
よって、ｂｋ（ｔ）は次式を満たす。
【数１４】
0005231871.tif 000015
【００４５】
よって、ｂｋ（ｔ）は次式で求められる。
【数１５】
0005231871.tif 000016
【００４６】
以上のようにして得られるｂｋ（ｔ）を付加することにより、ｋ番目の無線通信端末への送信信号ｙｋ（ｔ）は次式で表される。
【数１６】
0005231871.tif 000017
【００４７】
式（１８）に示すように、ｋ番目の無線通信端末への送信信号電力はｂｋ（ｔ）を付加した分だけ増加してしまう。そこで、式（５）で示した方式と同様に、ストリーム毎に送信信号電力が一定値以下になるようにプリコーディングで信号をさらに付加する。
【数１７】
0005231871.tif 000018
【００４８】
ここで、プリコーディングで各ストリームに付加される信号は各ストリームの送信信号電力が一定になるように求められるため、次式を満たす。
【数１８】
0005231871.tif 000019
【００４９】
ＴＨＰ方式を用いる場合も従来の技術では信号に上限を設定せずにプリコーディングで付加する信号を決定するが、本発明においては先に説明した方式と同様にＴＨＰ方式においても式（９）に示される範囲内でプリコーディングで付加する信号を決定する。以上の結果、ＴＨＰ方式でプリコーディングを適用する場合、ｘｋ，ｄ（ｔ）は次式で表される。
【数１９】
0005231871.tif 000020
【００５０】
ＴＨＰ方式では１番目の無線通信端末への送信信号から順に以上説明したようにプリコーディングを逐次適用していく。このように、全無線通信端末への合計の送信電力が最小になるようにプリコーディングを適用する方式やＴＨＰ方式のように逐次的に送信電力が最小になるようにプリコーディングを適用しても構わない。各無線通信端末毎にプリコーディングで付加される信号の絶対値が制限されており、その範囲内でプリコーディングが適用されればその他いかなる手法を用いても構わない。
【００５１】
次に、実施形態の無線通信端末について第５図を参照して説明する。この無線通信端末は例えば無線通信端末１０２，１０３である。  
無線通信端末１０２，１０３は、アンテナ５０１（第５図の例では２本）、アナログ部１〜２ ５０２（第５図の例では２つ）、デジタル信号処理部５０３、上限値保存部５０４を含む。
【００５２】
アンテナ５０１を介してアナログ部１〜２ ５０２は基地局１０１の送信信号を受け取る。送信信号は上式（１０）で示されるので、ｋ番目の無線通信端末は次式の信号を受信する。
【数２０】
0005231871.tif 000021
【００５３】
この場合、式（３）に示したように特定の無線通信端末に向けて送信された信号が他の無線通信端末には受信されないように送信ウエイトベクトルが制御されているとすると、式（２３）の受信信号はさらに以下のように展開できる。
【数２１】
0005231871.tif 000022
【００５４】
このように、ｋ番目の無線通信端末は他の無線通信端末に向けて送信された信号を受信しないため、従来のシングルユーザＭＩＭＯ伝送における受信方式と同様の方式でｋ番目の無線通信端末向けに送信されたＤｋ個のストリームをそれぞれ抽出することができる。
【００５５】
デジタル信号処理部５０３は、受信した信号をデジタル信号処理する。デジタル信号処理部５０３は、シングルＭＩＭＯの受信方式としては、Ｈｋの一般化逆行列を用いて各ストリームを抽出するＺＦ方式や、雑音電力を考慮して誤差の二乗平均値を最小にするウエイトを受信信号に乗算するＭＭＳＥ方式、最尤推定法に基づき送信信号を推定する方式などさまざまな方式が存在するが、実施形態においてＭＩＭＯ受信方式を特定の方式に制限するものではないため、詳細な説明は省略する。
【００５６】
以上のようにして抽出された信号には変調シンボルｓｋ，ｄ（ｔ）だけでなく、プリコーディングで付加された信号も含まれる。
【数２２】
0005231871.tif 000023
【００５７】
上限値保存部５０４は、自無線通信端末が使用する上限値Ｌｋを保存している。また上限値保存部５０４はＬｋではなく、例えば自無線通信端末の許容される消費電力、自無線通信端末が要求する通信品質、自無線通信端末の受信性能を保存してもよい。さらに上限値保存部５０４は、自無線通信端末の情報、例えば、Ｌｋ、自無線通信端末の許容される消費電力、自無線通信端末が要求する通信品質、自無線通信端末の受信性能の全てを保存していてもよい。
【００５８】
また、無線通信端末から基地局１０１に接続要求時に通知された無線通信端末の情報に応じて基地局１０１が上限値Ｌｋを設定し、基地局１０１が例えば報知信号やビーコンに、この設定した無線通信端末に対応する上限値Ｌｋを含めて送信し、無線通信端末がこの報知信号またはビーコンを受け取りこの信号に含まれる上限値を上限値保存部５０４が受け取り保存してもよい。
【００５９】
なお、Ｌｋ、自無線通信端末の許容される消費電力、自無線通信端末が要求する通信品質、自無線通信端末の受信性能は、無線通信端末が基地局１０１に接続要求フレームを送信するときにこのフレームに含めて通知される。
【００６０】
次に、送信された変調シンボルを推定ためにプリコーディングで付加された信号を推定する場合について第６図を参照して説明する。  
受信装置（本実施形態では無線通信端末）はどのような信号がプリコーディングで付加されているか未知なため、受信信号からプリコーディングで付加された信号を推測し、送信された変調シンボルを推定する必要がある。Ｌｋが１の場合に受信される可能性がある信号点の一例を第６図に示す。このように、プリコーディングがなされない場合に比べ大きな信号を受信する可能性があるため、送信時にプリコーディングを適用すると受信装置に要求されるダイナミックレンジが広くなってしまう。
【００６１】
従来のプリコーディング方式ではプリコーディングで付加される信号に制限が無いため、受信装置は第６図に示した以上に大きな信号がプリコーディングで付加される場合もあり、どのような大きさの信号が付加されるかわからないため、必要以上にダイナミックレンジを広くしなければならず、装置規模の肥大化やダイナミックレンジの増加に伴う消費電力の増加が問題となる。実施形態のようにプリコーディングで付加する信号の絶対値に上限を設定することにより、無線通信装置はプリコーディングされた信号を受信するために必要なダイナミックレンジが明確になり、過剰に装置を肥大化することが無くなる。また、低消費電力化や装置の小型化が最優先される無線通信端末や、通信品質が優先され、ある程度消費電力や装置の肥大化が許容される無線通信端末など、さまざまな無線通信装置が混在するシステムにおいては画一的にプリコーディングで付加する信号の上限値を定めると、各無線通信端末の品質要求に応じることができない可能性がある。
【００６２】
これに対し、実施形態では無線通信端末ごとにプリコーディングで付加する信号の絶対値の上限を定めるため、各無線通信端末の装置規模に応じたプリコーディングを実現することが可能となる。各無線通信端末での上限値は各無線通信端末が受信可能な信号点の範囲を規定する。
【００６３】
以上説明したように、第１の実施形態によれば各無線通信端末が必要以上に装置規模の肥大化や消費電力の増加することなくマルチユーザＭＩＭＯ伝送にプリコーディングを併用することが可能になり、無線通信端末間の伝搬路の相関の影響を受けづらくなり、高いシステムスループットを実現することができる。  
また、プリコーディングで付加する信号の上限値を設定することによって、無線受信装置が必要最小限のダイナミックレンジを実装することが可能になり、装置の肥大化や消費電力の増加を防ぐことができる。  
さらに、端末ごとに上限値を設定することにより、さまざまな形態の端末を含有するシステムにおいて、端末ごとに適切なダイナミックレンジを保ちつつ、システムスループットを向上することができる。
【００６４】
（第２の実施形態）  
本実施形態における無線通信装置（無線基地局）では、マルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う際にプリコーディングを併用する点や無線通信装置（無線通信端末）ごとにプリコーディングで付加される信号の絶対値に上限を定める点は第１の実施形態と同一である。  
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、各無線通信端末が受信可能なプリコーディングで付加される信号の絶対値の上限値を通知する手法である。第１の実施形態では無線通信装置（無線通信端末）が接続要求フレームを基地局やアクセスポイントに送信する際に受信可能なプリコーディングの絶対値の上限値を通知していた。
【００６５】
一方、オプション機能が多い無線通信システムでは、無線通信端末が、プリコーディングの上限値だけでなく、さまざまな値を接続時に通知する必要がある。このような信号の一例として、変調方式や符号化方式・符号化率、ＭＩＭＯ伝送で通信可能なストリーム数やフレーム長の上限値、通信可能な周波数帯域幅などが挙げられる。これらの信号を個別に通知するシステムの場合、無線通信端末の状態を細かく設定することが可能になるが、接続開始時に通知する信号が増加し、オーバーヘッドが大きくなってしまう。また、基地局やアクセスポイントが収容する無線通信端末数が増加すると、記憶しなければならない無線通信端末の情報が多い場合は必要なメモリが増加したり、通信時に通信のパラメータを決定する際に条件分岐が複雑化し、装置が肥大化する可能性がある。
【００６６】
そこで、本実施形態における無線通信システムでは無線通信端末の通信パラメータを表す複数のクラスを設定し、そのクラスのパラメータの中にプリコーディングで付加する信号の絶対値の上限値も含める。クラス設定の一例を第７図に示す。第７図ではクラス値１（Ｃｌａｓｓ１）からクラス値３（Ｃｌａｓｓ３）までの３つのクラスを設定する場合の一例を示しており、変調方式、符号化方式、符号化率、ストリーム数、プリコーディングの絶対値の上限値がそれぞれ設定されている。また他に、フレーム長の上限フレーム値、通信可能な周波数帯域幅も設定されていてもよい。この場合、無線通信端末が接続要求時に通知する信号は自身が分類されるクラス番号のみであり、第７図の例では２ビットのみ送信する。無線通信端末ごとに対応するクラス値を格納している。
【００６７】
このように、無線通信端末のクラスのパラメータにプリコーディングの上限値を含める、無線通信端末が接続要求時にクラスを通知することにより、第１の実施形態で示したプリコーディングの上限値を通知することと同一の効果が得られる。
【００６８】
また、第１の実施形態で説明したように、無線通信端末から基地局１０１に接続要求時に通知された無線通信端末のクラス番号に応じて基地局１０１が上限値Ｌｋを設定し、基地局１０１が例えば報知信号やビーコンに、この設定した無線通信端末に対応する上限値Ｌｋを含めて送信し、無線通信端末がこの報知信号またはビーコンを受け取りこの信号に含まれる上限値を上限値保存部５０４が受け取り保存してもよい。
【００６９】
以上のように通知されたプリコーディングの上限値を基にプリコーディングを適用し、ビームフォーミングを用いてマルチユーザＭＩＭＯで信号を送信する方式や受信した信号から送信信号を推定する手法は第１の実施形態と同一なため、詳細な説明は省略する。
【００７０】
以上説明したように、第２の実施形態によれば各無線通信装置が接続要求を行う際に通知する信号量を削減することができ、基地局やアクセスポイントが保存する各無線通信端末の情報も削減されるため、装置の小型化、通信効率の向上、送信時の演算量の低下を実現でき、装置の低消費電力化を実現することができる。
【００７１】
また、各無線通信端末が必要以上に装置規模の肥大化や消費電力の増加することなくマルチユーザＭＩＭＯ伝送にプリコーディングを併用することが可能になり、無線通信端末間の伝搬路の相関の影響を受けづらくなり、高いシステムスループットを実現することができる。
【００７２】
（第３の実施形態）  
本実施形態における無線通信装置は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う際にプリコーディングを併用する点や無線通信装置ごとにプリコーディングで付加される信号の絶対値に上限を定める点は第１および第２の実施形態と同一である。  
本実施形態が第１および第２の実施形態と異なる点は、無線通信端末が異なる基地局やアクセスポイントへ通信ポイントを移動し、ハンドオーバーを行う際にプリコーディングで付加される信号の絶対値の上限値を基地局やアクセスポイントに通知する手法を規定する点である。  
以下、本実施形態における動作について図８を参照しながら説明する。図８において、無線通信端末１ １０２は基地局１ ８０１と通信を行っており、矢印の方向に移動しているとする。  
電波の受信電力は一般に通信距離に応じて減衰するため。無線通信端末１ １０２は、移動に伴い基地局１ ８０１から遠ざかり、基地局１ ８０１からの受信電力が低下する。一方、無線通信端末１ １０２は基地局２ ８０２に近づいているため、基地局２ ８０２が送信する信号の受信電力は徐々に高まっていく。同様に、無線通信端末１ １０２が送信する信号の受信電力も基地局１ ８０１では徐々に弱まっていき、無線通信端末１ １０２が送信する信号は基地局２ ８０２で強く受信されるようになっていく。一般に通信路容量は受信電力に依存するため、受信電力が小さい基地局よりも受信電力が大きくなる基地局と通信を行う方が通信路容量が高くなり、伝送速度を高めることができる。また、送信電力を制御して同一の受信電力で信号が受信されるように制御する場合、受信電力が高くなる基地局と通信を行うことによって無線通信端末は送信電力を削減することができる。よって、無線通信端末がバッテリーで駆動する場合バッテリーの使用時間を長くでき、隣接する基地局への干渉も削減できる。  
このように、無線通信において無線通信端末の移動に伴い受信電力が変化した場合、受信電力が良好な基地局と通信を行う方が好ましい。その他、受信電力が同一の場合でも、通信を行っている基地局が多くの無線通信端末と通信を行っている場合など、トラフィックが多い場合、他の基地局と通信を行った方が良好に通信を行える。
【００７３】
このような状況の場合、無線通信端末は通信を行う基地局を他の基地局に切り替えることによって、通信品質を高めることができる。以下ではこのように通信相手を切り替えることをハンドオーバーと呼ぶ。なお、ハンドオーバーは無線通信端末が自主的に行う方式と基地局からの通知によって行う方式があり、どちらの手法を適用するかは通信システムによって異なるが、本実施形態においてはいずれの方式を用いても構わない。
【００７４】
なお、ハンドオーバーを行う際、新たに無線通信端末１ １０２と通信を行う基地局２ ８０２は無線通信端末１ １０２の情報を保持していない。よって、マルチユーザＭＩＭＯ伝送において非線形プリコーディングを適用する際も、基地局２ ８０２は無線通信端末１ １０２が受信可能なプリコーディングで付加される信号の絶対値の上限値を既知ではなく未知である。よって、いずれかの手法で無線通信端末１の情報を取得する必要がある。
【００７５】
各基地局を制御する制御局（図示せず）が存在する無線通信システムでは、基地局１ ８０１が制御局に無線通信端末１ １０２の情報を送信し、制御局がこの情報を基地局２ ８０２に送信することによって基地局２ ８０２は無線通信端末１ １０２の情報を取得することができる。このような手法で基地局２ ８０２がプリコーディングで付加される信号の絶対値の上限値を取得することができる。  
また、このような制御局が存在しない場合でも、何らかの手法で基地局間の通信が可能であれば、基地局１ ８０１が基地局２ ８０２に対して無線通信端末１ １０２の情報を通知し、プリコーディングで付加する信号の絶対値の上限値も通知することができる。
【００７６】
このように、基地局間で情報を通知することにより、無線通信端末１ １０２と新たに通信を行う基地局２ ８０２もマルチユーザＭＩＭＯ伝送を用いて無線通信端末１ １０２に信号を送信する際に非線形プリコーディングで付加できる信号の絶対値の上限値を知ることができる。
【００７７】
一方、ハンドオーバーを行う際に、無線通信端末１ １０２が直接基地局２ ８０２に自身の情報を通知することによって、プリコーディングで付加される信号の絶対値の上限値を通知しても構わない。一般に、基地局からの通知でハンドオーバーを行う場合も、無線通信端末が自主的にハンドオーバーを行う場合のいずれにおいても無線通信端末が他の基地局が送信する信号を検知し、ハンドオーバー先を探索することになる。この結果、得られたハンドオーバー先に無線通信端末が接続要求フレームを送信する。この場合、無線通信端末は基地局２に対して自身の情報を通知することができるため、非線形プリコーディングで付加される信号の絶対値の上限値も接続要求フレームと一緒に送信する。換言すれば、無線通信端末は、新たに接続しようとする基地局に、ハンドオーバーを要求するフレーム内に非線形プリコーディングで付加される信号の絶対値の上限値を含めて通知する。その他、接続が確立した後、改めて基地局２に対して通知を行っても構わない。
【００７８】
以上の手順により、無線通信端末がハンドオーバーを行い、別の基地局と通信を行う場合も非線形プリコーディングで付加される信号の絶対値の上限値を基地局に通知することができる。基地局は得られた情報を基に各無線通信端末に対して非線形プリコーディングで付加する信号の絶対値が一定値以下になるようにして送信を行う。このようにして送信された信号を無線通信端末で受信する方法は第１および第２の実施形態と同一なため詳細な説明は省略する。
【００７９】
以上説明したように、第３の実施形態によれば各無線通信端末がハンドオーバーを行い、他の基地局やアクセスポイントと通信を行う場合でも、各無線通信端末が必要以上に装置規模の肥大化や消費電力の増加することなくマルチユーザＭＩＭＯ伝送にプリコーディングを併用することが可能になる。また、無線通信端末間の伝搬路の相関の影響を受けづらくなり、高いシステムスループットを実現することができる。
【００８０】
（第４の実施形態）  
本実施形態における無線通信装置はマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う際にプリコーディングを併用する点や無線通信装置ごとにプリコーディングで付加される信号の絶対値に上限を定める点は第１から第３の実施形態と同一である。  
本実施形態が第１から第３の実施形態と異なる点は、基地局やアクセスポイントが無線通信端末と中継局にマルチユーザＭＩＭＯで多重した信号を送信する点である。
【００８１】
無線通信において、電波の不感地帯を削減することはシステム設計上重要な課題であるが、一般に無線通信が適用される環境では建築物や家具、自動車などさまざまな障害物が存在するため、不感地帯を完全に無くすことは困難である。不感地帯を削減するためには基地局やアクセスポイントを密に配置する必要があるが、運用コストが増加してしまうため、無尽蔵に基地局やアクセスポイントを設置することはできない。そのため、コストが小さい中継局を不感地帯に設置し、中継局を介して無線通信端末と基地局との間で通信を行い、無線通信端末と基地局との間の通信を行う中継通信は今後需要が高まると考えられる。
【００８２】
第９図に中継局を用いたマルチユーザＭＩＭＯ伝送の一例を示す。第９図の例では、無線通信端末２ １０３への信号は一旦中継局９０１に伝送され、中継局９０１から無線通信端末２ １０３には別のチャネル（時間または周波数等）で信号を送信している。この場合、第９図の例では、基地局１０１は無線通信端末１ １０２への信号と中継局９０１への信号とをマルチユーザＭＩＭＯ伝送を用いて同時に送信する。
【００８３】
この場合、中継局９０１は一般に一定の場所に設置されるため、バッテリーで駆動する携帯端末に比べると装置規模、消費電力ともに一般に要求は緩和される。そこで、プリコーディングを適用する際に、中継局９０１への信号はプリコーディングで付加する信号の絶対値を大きくし、無線通信端末１ １０２への信号は上限値を小さく設定する。すなわち、中継局９０１への信号での絶対値の上限値は、無線通信端末１ １０２への信号での絶対値の上限値に比較して大きくする。このように、中継局９０１と無線通信端末１ １０２でプリコーディングの上限値を変えることによって、無線通信端末は接続要求時にプリコーディングで付加する信号の絶対値の上限値を通知することなく、無線通信装置（無線基地局）ごとに上限値を異なる値に設定することができる。  
またこれとは異なり、第１から第３の実施形態のように無線通信端末ごとがそれぞれの上限値を通知し、中継局は予め定めた上限値を用いて通信を行っても構わない。  
以上のように通知されたプリコーディングの上限値を基にプリコーディングを適用し、ビームフォーミングを用いてマルチユーザＭＩＭＯで信号を送信する方式や受信した信号から送信信号を推定する手法は第１の実施形態と同一なため、詳細な説明は省略する。
【００８４】
以上説明したように、第４の実施形態によれば各無線通信装置が接続要求を行う際に通知する信号量を削減することができ、基地局やアクセスポイントが保存する各無線通信端末の情報も削減されるため、装置の小型化、通信効率の向上、送信時の演算量の低下を実現でき、装置の低消費電力化を実現することができる。
【００８５】
また、各無線通信端末が必要以上に装置規模の肥大化や消費電力の増加することなくマルチユーザＭＩＭＯ伝送にプリコーディングを併用することが可能になり、無線通信端末間の伝搬路の相関の影響を受けづらくなり、高いシステムスループットを実現することができる。
【００８６】
（第５の実施形態）  
本実施形態における無線通信装置はマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う際にプリコーディングを併用する点や無線通信装置ごとにプリコーディングで付加される信号の絶対値に上限を定める点は第１から第４の実施形態と同一である。  
本実施形態が第１から第４の実施形態と異なる点は、プリコーディングで付加する信号を決定する際に、上限値が小さい無線通信端末に付加する信号から順にプリコーディングで付加する信号を決定する点である。なお、本実施形態におけるプリコーディングで付加する信号の絶対値の上限値を通知する手法は第１から第４の実施形態と同一なため、詳細な説明は省略する。
【００８７】
本実施形態においても、第１から第４の実施形態と同様に式（９）のようにプリコーディングの絶対値の上限値が制限された環境下で式（１０）の送信信号の電力を最小にするプリコーディング信号を決定する。ここで、式（１０）を以下のように行列表記する。  
【数２３】
0005231871.tif 000024
【００８８】
式（２６）を用いると、送信信号電力は次式のように表すことができる。  
【数２４】
0005231871.tif 000025
【００８９】
ここで、ＶＨＶをコレスキー分解を用いて上三角行列の積を用いて表現すると、式（３０）の送信電力は以下のように展開できる。  
【数２５】
0005231871.tif 000026
【００９０】
ここで、Ｃは上三角行列なので、プリコーディングする信号をＫ番目の無線通信端末のＤＫ番目のストリームに対する信号から再帰的に求めることが可能になる。
【００９１】
この場合、行列Ｖの列ベクトルおよびｓ（ｔ）とｌ（ｔ）の各要素を並べ替えることにより、プリコーディングで付加する信号を決定する順番を制御することが可能になる。第５の実施形態では無線通信端末ごとにプリコーディングで探索する信号の範囲が異なることを利用し、プリコーディングで付加する信号の絶対値の上限値が小さい順に信号を探索できるように入れ替えを行なう。この結果、信号を探索する際に前段のステージに戻る回数が少なくなり、信号探索時の演算量を削減し、処理遅延を低下させることが可能になる。  
以上のようにしてプリコーディングを適用した後の信号送信方式や受信方式は第１から第４の実施形態と同様のため、詳細な説明は省略する。
【００９２】
以上説明したように、第５の実施形態によればマルチユーザＭＩＭＯ伝送にプリコーディングを併用する際に信号探索の演算量を削減し、処理遅延を低減させることが可能になる。  
また、各無線通信装置が接続要求を行う際に通知する信号量を削減することができ、基地局やアクセスポイントが保存する各無線通信端末の情報も削減されるため、装置の小型化、通信効率の向上、送信時の演算量の低下を実現でき、装置の低消費電力化を実現することができる。  
その他、各無線通信端末が必要以上に装置規模の肥大化や消費電力の増加することなくマルチユーザＭＩＭＯ伝送にプリコーディングを併用することが可能になり、無線通信端末間の伝搬路の相関の影響を受けづらくなり、高いシステムスループットを実現することができる。
【００９３】
（第６の実施形態）  
本実施形態における無線通信装置はマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う際にプリコーディングを併用する点や無線通信装置ごとにプリコーディングで付加される信号の絶対値に上限を定める点は第１から第５の実施形態と同一である。  
本実施形態が第１から第５の実施形態と異なる点は、信号伝送方式として直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：以下ＯＦＤＭと記述）伝送またはＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）伝送方式が適用される点である。  
無線通信を高速化するために通信に用いる周波数帯域幅を拡張すると、マルチパス伝搬路の伝搬遅延時間差が無視できなくなる。このような伝搬遅延時間が異なる信号が到来する環境では、符号間干渉による波形歪みが通信品質を劣化させる大きな要因となる。このような環境において、ＯＦＤＭ方式は、伝搬遅延時間の異なる信号を受信しても、符号間干渉に起因する波形歪みを補償することができる方式として知られている。同様に、一つの無線通信端末がＯＦＤＭの全サブキャリアを独占するのではなく、各サブキャリアを複数の無線通信端末に分配して通信を行なうＯＦＤＭＡ方式もマルチパス伝搬路の影響を簡易に補正することが可能になる。
【００９４】
ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡにマルチユーザＭＩＭＯ伝送を適用する場合はサブキャリア単位で第１から第５の実施形態で説明したビームフォーミングおよびプリコーディングを適用して信号を送信し、受信もサブキャリア単位で実施する。この場合、プリコーディングで付加する信号の絶対値の上限値は無線通信端末ごとに設定し、設定された上限値を用いてサブキャリアごとにプリコーディングを適用する。  
このように、サブキャリア単位でビームフォーミングやプリコーディングの処理を適用し、サブキャリア単位で信号の推定を行う以外の処理は第１及至第４の実施形態と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００９５】
以上説明したように、第６の実施形態によればマルチパス伝搬路環境でも各無線通信端末が必要以上に装置規模の肥大化や消費電力の増加することなくマルチユーザＭＩＭＯ伝送にプリコーディングを併用することが可能になり、無線通信端末間の伝搬路の相関の影響を受けづらくなり、高いシステムスループットを実現することができる。  
また、各無線通信装置が接続要求を行う際に通知する信号量を削減することができ、基地局やアクセスポイントが保存する各無線通信端末の情報も削減されるため、装置の小型化、通信効率の向上、送信時の演算量の低下を実現でき、装置の低消費電力化を実現することができる。  
さらに、各無線通信端末が必要以上に装置規模の肥大化や消費電力の増加することなくマルチユーザＭＩＭＯ伝送にプリコーディングを併用することが可能になり、無線通信端末間の伝搬路の相関の影響を受けづらくなり、高いシステムスループットを実現することができる。  
またさらに、第６の実施形態によればマルチユーザＭＩＭＯ伝送にプリコーディングを併用する際に信号探索の演算量を削減し、処理遅延を低減させることが可能になる。
【００９６】
以上に示した実施形態によれば、無線通信端末ごとにプリコーディングで付加する信号の絶対値の上限を定めるマルチユーザＭＩＭＯにプリコーディングを適用することにより、各無線通信端末が必要以上に装置規模を肥大化することや消費電力を増加することなくマルチユーザＭＩＭＯ伝送にプリコーディングを併用することが可能になり、無線通信端末間の伝搬路の相関の影響を受けづらくなり、高いシステムスループットを実現することができる。
また、上述の実施形態の中で示した処理手順に示された指示は、ソフトウェアであるプログラムに基づいて実行されることが可能である。汎用の計算機システムが、このプログラムを予め記憶しておき、このプログラムを読み込むことにより、上述した実施形態の無線通信装置による効果と同様な効果を得ることも可能である。上述の実施形態で記述された指示は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷなど）、半導体メモリ、又はこれに類する記録媒体に記録される。コンピュータまたは組み込みシステムが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。コンピュータは、この記録媒体からプログラムを読み込み、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をＣＰＵで実行させれば、上述した実施形態の無線通信装置と同様な動作を実現することができる。もちろん、コンピュータがプログラムを取得する場合又は読み込む場合はネットワークを通じて取得又は読み込んでもよい。  
また、記憶媒体からコンピュータや組み込みシステムにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）や、データベース管理ソフト、ネットワーク等のＭＷ（ミドルウェア）等が本実施形態を実現するための各処理の一部を実行してもよい。  
さらに、本願発明における記憶媒体は、コンピュータあるいは組み込みシステムと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネット等により伝達されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。  
また、記憶媒体は１つに限られず、複数の媒体から本実施形態における処理が実行される場合も、本発明における記憶媒体に含まれ、媒体の構成は何れの構成であってもよい。
【００９７】
なお、本願発明におけるコンピュータまたは組み込みシステムは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、本実施形態における各処理を実行するためのものであって、パソコン、マイコン等の１つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であってもよい。  
また、本願発明の実施形態におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって本発明の実施形態における機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。
【００９８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】実施形態での無線基地局と２つの無線通信端末を含むマルチユーザＭＩＭＯ伝送を使用する無線通信システムを示す図。
【図２】図１の基地局のブロック図。
【図３】１６ＱＡＭの変調方式の変調点を示す図。
【図４】プリコーディング後の変調シンボル、変調信号点を示す図。
【図５】図１の無線通信端末のブロック図。
【図６】プリコーディングで付加する信号の絶対値が１の場合の変調信号点を示す図。
【図７】無線通信端末の通信パラメータを表すクラスを示す図。
【図８】第３の実施形態でのハンドオーバーを説明するための図。
【図９】第４の実施形態の中継局を含んだマルチユーザＭＩＭＯ伝送を使用する無線通信システムを示す図。
【符号の説明】
【０１００】
１０１・・・基地局、１０２・・・無線通信端末１、１０３・・・無線通信端末２、１０４・・・端末１向けのビーム、１０５・・・端末２向けのビーム、２０１、５０４・・・上限値保存部、２０２・・・プリコーディング部、２０３・・・ビームフォーミング部、２０４・・・アナログ部１〜４、２０５、５０１・・・アンテナ、５０２・・・アナログ部１〜２、５０３・・・デジタル信号処理部、８０１・・・基地局１、８０２・・・基地局２、９０１・・・中継局、９０２・・・中継局向けのビーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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